节能减排是全球钢铁行业发展的一个重要课题和必然趋势，这也促使煤焦化工业更新技术和装备，以满足日益苛刻的环保要求。在这种情况下，德国zks焦化厂建造的3号焦炉点火投产。该焦炉采用了单孔炭化室压力控制系统，使炭化室内的压力在整个炼焦过程中保持稳定，而且能够避免装煤过程中产生烟尘。zks的第二座新型焦炉（1号）也正在加紧建设，即将竣工投产。两座焦炉的总产量约为每年130万吨焦炭。
位于德国迪林根（dillingen）市的zks焦化厂的3号新型焦炉是基于捣固炼焦技术的焦炉组。在捣固式焦炉中，煤饼是在装入焦炉之前被压实的，通过机侧炉门装入。得益于这一技术，即使采用半焦煤也能生产出优质焦炭。该工程由两个阶段组成（3号和1号焦炉），总体规划计划如下：兴建3号焦炉（50孔）3号焦炉投产拆除原有1号焦炉在原址新建1号焦炉（40孔）新建的1号和3号焦炉投产后，关停2号焦炉。
该大型投资项目采用最先进的环保型炼焦技术，同时维持zks焦化厂原有的约130万吨焦炭年生产能力。未来2号焦炉是否重建需要zks最终作出决定。
最大的捣固式焦炉
原有的1号和2号焦炉共由90孔炭化室组成，高度（热态）为6.25米，新建的50孔3号焦炉与原有的两座焦炉并排而立，高度为6.25米。新焦炉的尺寸设计旨在增加炉体耐材的坚固性（与原焦炉相比增加30%），其suga值（焦炉炉墙的极限负荷）达到12千帕，并且适用原有的焦炉机械设备。
该新建焦炉为世界上炭化室最高的捣固式焦炉，整个焦炉的设计、供货、安装和烘炉涵盖以下方面：炉体耐材模块、支撑系统、操作走台、燃烧系统和荒煤气系统（包括单孔炭化室压力控制系统）。
3号焦炉的加热系统设计为枪式双烟道构造，以交错助燃空气和废气再循环设计对称加热。该项目的主要特点是集先进的炼焦技术与环保措施于一身，其主要技术参数见附表。
技术创新层出不穷
复热式加热技术。意大利pw公司成功开发出复热式焦炉加热技术，运用于此焦炉，既可以用混合煤气加热，也可以用焦炉煤气加热。该技术设置的自动加热控制系统可以实现多种加热方式：1/3焦炉使用混合煤气，2/3焦炉使用焦炉煤气；1/3焦炉使用焦炉煤气，2/3焦炉使用混合煤气；焦炉全部使用混合煤气；焦炉全部使用焦炉煤气。
同时，加热方式的切换可以不依靠人工操作，而由plc（可编程逻辑控制器）控制的卷扬机完成。废气箱通过两个气缸实现加热方式的转换，一个气缸用于风门瓣的选择（一个较大的风门瓣用于混合煤气加热，2个较小的风门瓣用于焦炉煤气加热），另一个气缸用于废气瓣的位置调节（焦炉煤气送气位置和混合煤气送气位置）。
热控制技术。该焦炉蓄热室划分为以下部分：机侧炉头（加热1火道~4火道）、机侧中间部分（加热5火道~18火道）、焦侧炉头（加热31火道~34火道）和焦侧中间部分（加热19火道~30火道）。废气箱内设置了2个调节板（上下各1个），操作者可以轻松地控制炉头与中间部分空气和混合煤气的流量。炉头火道通过标准化的调节板实现微调，使炉头加热得以控制，减少损耗，节省能源。
炉体耐火材料设计。整个焦炉的设计包括焦炉的所有特色的基本设计和详细设计。120名耐火砖筑砌工人在工棚里每天工作，在不到7个月的时间里筑砌800种不同形状的17000吨耐火砖。砖型设计借助于vap（仿真组装程序）完成，实现了精准设计、对耐火材料用量的精确估计和砌筑方案的优化。耐火砖由德国和捷克共和国的厂家制造。
该焦炉设计过程中，采用了多套特殊软件工具以优化焦炉设计，使整个设计过程得以完全控制，从而达到所需的尖端水平。仿真组装程序是一款可以对复杂的焦炉炉衬进行3d设计的软件包，从小烟道到焦炉顶的每一块砖都可以在程序中进行尺寸设计及合适的位置摆放。仿真组装程序是设计和施工的得力助手，尤其是在滑动缝和膨胀缝方面，能减少设计错误，避免安装问题。仿真组装程序可以提供详细的耐材表、工程量清单、施工草图和剖面图。
在设计和建设时，相关施工人员将焦炉炉衬耐材砖层的高度提高到了140毫米，以减少燃烧室的水平砖缝，避免炉役后期炭化室之间窜漏和减少co有害气体的排放。
火焰分析。进行火焰分析的目的是评估nox（氮氧化物）值和温度分布情况。为了满足原燃料消耗、环保和产品质量等方面的要求，根据火焰分析对燃烧室进行了精心设计。焦炉设计时，建立了1个3d的cfd（计算流体动力学）模型来优化燃烧室内的气流热循环系统，并对空气进气孔和废气循环进行测试，以保证加热均匀和减少氮氧化物的生成，而模拟分析采用的cfd计算工具能够处理复杂的运算。
支撑系统的优化。支撑系统旨在给予炉衬耐材适当的压力，以抵消燃烧室内的拉应力。在支撑系统设计时，其遵从了下列连贯的步骤设计：首先，确定支撑系统的基本尺寸（炉壁防护板、支柱、门框、燃烧室炉头）和初期应力分布；其次，用ansys软件对热应力和机械应力下的炉头（炉壁防护板、门框、燃烧室炉头）进行fem（有限单元法）分析；最后，对燃烧室进行fem分析。支撑力的计算基于以下操作条件：膨胀压力（煤干馏）导致的拉应力和推焦造成的拉应力。
为了将计算的压力与燃烧室的不同部分相关联，防护板被设计成许多相互独立的板块。这一特殊设计可以确保在正常焦炉操作条件下支撑系统始终通过防护板与炉衬耐材接触，尤其能防止裂纹的形成，而裂纹形成正是高度超过5米和安装整体防护板的焦炉常出现的问题。
巧妙控制“绝”烟尘
在捣固焦炉装煤中，煤饼是通过机侧炉门装入的，装煤饼过程会产生大量烟尘。为减少烟尘排放，过去运用了多种治理方法，例如使用密封框，但是密封框只能部分减少而不能杜绝这种烟尘排放。
在zks的新焦炉中，采用的烟尘控制方法能在焦炉装煤时的集气管内产生400帕的强大负压。在不装煤时的干馏过程中，集气管内的负压力设置在零值附近，在开始推焦之前又被转换到较高的负压设置。为此，意大利pw公司设计开发了sopreco阀门。这种特殊的控制阀位于水封阀与桥管之间。该阀门与作用于气动阀致动器上的压力控制环路相配合，使炭化室内的压力稳定在正值，在zks的3号新焦炉中预设为130帕。由于采用了这种设计，再借助于水封阀，可将焦炉炭化室与集气管完全切断。
随着zks焦化厂3号焦炉的投产，50个sopreco阀门投入使用，基本杜绝了烟尘排放。
焦炉点火 性能稳定
焦炉在预热控制系统的操作下开始加热，加热曲线严格遵循理论曲线，最大偏差不超过0.4%。在耐材完全膨胀以后，焦炉被维持在一个稳定而狭窄的温度范围内，以测试用于新焦炉的原有设备。
焦炉经微调以后，又成功地进行了5天的混合煤气加热性能测试，平均干馏时间为22小时。试验结果显示，该焦炉不仅操作性能更加稳定，而且还达到了国际上现行最严格的环保标准。
随着zks焦化厂新3号焦炉成功地通过性能测试，其新1号焦炉的建设也在紧锣密鼓的进行之中。